本發明屬于焊接材料領域，具體涉及一種耐磨堆焊焊條及其制備方法，適用于鋼鐵廠的軋輥、火力發電廠的磨煤輥、工程挖掘機械、礦山機械的表面改性、復合制造和再制造等方面。

背景技術：

氮與碳均為間隙溶質原子，都能形成彌散分布的第二相質點，并且氮對焊接性能影響較小，在焊接過程中不會出現裂紋。充分利用氮的強化原理，在耐磨堆焊材料中引入適量的氮，通過氮合金化改性，利用像Ti或Nb這樣的微合金元素形成有利的氮化物，即可彌補碳含量減少造成焊層硬度的降低，又能在耐磨堆焊材料中獲得較高強度、抗磨損等優異的表面性能，可成為提高耐磨堆焊材料綜合性能的新途徑。

目前焊接材料中加氮合金的方法主要是通過加含氮合金粉末的方法來實現，比如加含氮的鉻、錳、釩等鐵合金粉末，這些加入的含氮合金粉末價格昂貴，并且過渡系數低，造成了極大的資源浪費。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供了一種耐磨堆焊焊條，可利用空氣中的自然氮氣進行合金化，并采用強固氮元素Ti和Nb合金化，改善堆焊合金的韌性、抗裂性的同時，提高硬度，增加耐磨性能。

為解決以上問題，本發明通過以下技術方案實現：

一種耐磨堆焊焊條，包括焊芯和藥皮，其藥皮由以下重量百分比的原料制成：低碳鉻鐵30～50％、金紅石10～25％、螢石10～25％、鋯英石3～10％、脫氧劑10～20％、鈦鐵5～15％和鈮鐵3～8％。

優選的，所述藥皮由以下重量百分比的原料制成：低碳鉻鐵33～45％、金紅石11～15％、螢石12～15％、鋯英石6％、脫氧劑12～13％、鈦鐵7～12％和鈮鐵6～7％。

優選的，所述低碳鉻鐵的碳含量為0.15～0.50wt％。

優選的，所述脫氧劑為鋁粉、硅鐵和錳鐵按重量比1:1:1的混合。

優選的，所述焊芯的牌號為H08A。

其中，各原料作用如下：

低碳鉻鐵：向堆焊層金屬過渡合金元素。金紅石：造渣，穩定焊接電弧，改善焊接工藝性能。螢石：造渣和除氫，實現低氫型焊條，充分保證機械性能。鋯英石：改善焊接工藝性能。脫氧劑：鋁粉、硅鐵和錳鐵，采用Al、Si、Mn聯合脫氧，排除焊縫中的氧，使得被電弧分解的氮離子順利的進入到熔池金屬內部，進而增加堆焊層金屬的強度和硬度。鈦鐵、鈮鐵：固氮合金，在堆焊合金中形成硬質耐磨相。

本發明還提供了上述耐磨堆焊焊條的制備方法，包括以下步驟：

(1)將所述藥皮各原料混合，攪拌均勻，加入原料總重5～10％的粘結劑，繼續攪拌，均勻后得到藥皮涂料；

(2)將焊芯進行常規清理，然后將所得藥皮涂料附著于所述焊芯外，進行搓制，然后再經烘焙干燥，得到本發明耐磨堆焊焊條。

優選的，所述粘結劑主要為水玻璃，模數為2.4～2.7，比重為1.39～1.59。

優選的，所述粘結劑由水玻璃90～98wt％和高錳酸鉀2～10wt％組成，加入高錳酸鉀后，所得藥皮涂料具有極佳的壓涂性，可有效減少藥皮在烘焙時的開裂現象，并在焊接時減小焊條熔池深度，便于排氣，具有很強的抗氣孔能力；另外，加入的高錳酸鉀，可使水玻璃與硅鐵、錳鐵等鐵合金間的作用變的穩定，脫氧效果更佳，并具有極高的穩弧性能。

優選的，所述藥皮涂料的附著厚度可根據焊芯直徑和實際使用要求和工況，在1～4mm之間調整。

本發明具有以下積極有益效果：

通過大量的試驗，發明人研究開發出本發明利用空氣進行氮合金化的耐磨堆焊焊條。本發明科學設計藥皮組分，著重進行渣保護，統籌考慮渣的熔點、粘度、張力、堿度和氧化性，使氮在熔滴的形成初期就要能充分吸收，并同時進行脫氧，實現先期有效脫氧和固氮，才能利用電弧熱作用，使空氣中約80％的氮氣發生分解并被熔池金屬吸收，進而實現焊縫金屬的氮合金化(堆焊層金屬中的氮含量為0.6～0.12wt％)，有效降低焊接材料的成本。

本發明堆焊焊條利用空氣中的自然氮進行合金化，并采用強固氮元素Ti和Nb合金化的方法，改善堆焊合金的韌性、抗裂性的同時，提高硬度，增加耐磨性能。實際應用結果表明，該焊條堆焊工藝性能良好，含有合理的氮含量，堆焊層平均硬度HRC41～57。

附圖說明

圖1為本發明堆焊焊條的制備方法流程圖。

具體實施方式

以下結合具體實施例，對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

實施例1

一種耐磨堆焊焊條，包括焊芯和藥皮，其焊芯直徑3.2mm，牌號H08A，其藥皮厚度1.5mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳鉻鐵33％、金紅石15％、螢石15％、鋯英石6％、脫氧劑(鋁粉、硅鐵和錳鐵按重量比1:1:1的混合)13％、鈦鐵12％和鈮鐵6％。

其制備方法如圖1所示，具體包括以下步驟：

(1)將所述藥皮各原料混合，攪拌均勻，加入原料總重8％的粘結劑(水玻璃95wt％和高錳酸鉀5wt％)繼續攪拌，均勻后得到藥皮涂料；

(2)將焊芯進行常規清理，然后將所得藥皮涂料附著于所述焊芯外，進行搓制，然后再經烘焙干燥，得到本發明耐磨堆焊焊條，焊條堆焊層平均硬度HRC57。

實施例2

一種耐磨堆焊焊條，包括焊芯和藥皮，其焊芯直徑4.0mm，牌號H08A，其藥皮厚度2.0mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳鉻鐵45％、金紅石11％、螢石12％、鋯英石6％、脫氧劑(鋁粉、硅鐵和錳鐵按重量比1:1:1的混合)12％、鈦鐵7％和鈮鐵7％。其制備方法同實施例1，焊條堆焊層平均硬度HRC56。

實施例3

一種耐磨堆焊焊條，包括焊芯和藥皮，其焊芯直徑3.0mm，牌號H08A，其藥皮厚度1.0mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳鉻鐵30％、金紅石22％、螢石10％、鋯英石10％、脫氧劑(鋁粉、硅鐵和錳鐵按重量比1:1:1的混合)10％、鈦鐵15％和鈮鐵3％。其制備方法同實施例1，焊條堆焊層平均硬度HRC49。

實施例4

一種耐磨堆焊焊條，包括焊芯和藥皮，其焊芯直徑5.0mm，牌號H08A，其藥皮厚度2.5mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳鉻鐵50％、金紅石10％、螢石10％、鋯英石3％、脫氧劑(鋁粉、硅鐵和錳鐵按重量比1:1:1的混合)15％、鈦鐵5％和鈮鐵7％。其制備方法同實施例1，焊條堆焊層平均硬度HRC47。

實施例5

一種耐磨堆焊焊條，包括焊芯和藥皮，其焊芯直徑4.0mm，牌號H08A，其藥皮厚度2.0mm，由以下重量百分比的原料制成：低碳鉻鐵30％、金紅石25％、螢石24％、鋯英石3％、脫氧劑(鋁粉、硅鐵和錳鐵按重量比1:1:1的混合)10％、鈦鐵5％和鈮鐵3％。其制備方法同實施例1，焊條堆焊層平均硬度HRC45。

將以上實施例中耐磨堆焊焊條，與市售同類型堆焊焊條相比，成本可節約10％以上，耐磨性能提高30％以上。

本發明并不局限于上述具體實施方式，本領域技術人員還可據此做出多種變化，但任何與本發明等同或者類似的變化都應涵蓋在本發明權利要求的范圍內。